Pathway Optimization of 2′-Fucosyllactose Production in Engineered Escherichia coli

大肠杆菌 岩藻糖 生物化学 生物合成 化学 甘露糖 生物 代谢工程 基因 半乳糖
作者
Wen Li,Yingying Zhu,Li Wan,Cuie Guang,Wanmeng Mu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:69 (5): 1567-1577 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.0c07224
摘要

2′-Fucosyllactose (2′-FL), one of the most valuable oligosaccharides in human milk, is used as an emerging food ingredient in the nutraceutical and food industries due to its numerous health benefits. Herein, the de novo and salvage pathways for GDP-fucose synthesis were engineered and optimized in Escherichia coli BL21 (DE3) to improve the production of 2′-FL. The de novo pathway genes encoding phosphomannomutase (ManB), mannose-1-phosphate guanyltransferase (ManC), GDP-d-mannose-4,6-dehydratase (Gmd), and GDP-l-fucose synthase (WcaG) combined with the gene from the salvage pathway encoding fucose kinase/fucose-1-phosphate guanylyltransferase (Fkp) were reconstructed in two vectors to evaluate the GDP-fucose biosynthesis. Then, the fucT2 gene, encoding α1,2-fucosyltransferase, was introduced into the GDP-fucose-overproducing strains to realize 2′-FL biosynthesis. Furthermore, the genes in bypass pathways, including lacZ, fucI, fucK, and wcaJ, were inactivated to improve 2′-FL production. In addition, the two GDP-fucose synthesis pathways, along with fucT2, were transcriptionally fine-tuned to efficiently increase 2′-FL production. The final metabolically engineered E. coli produced 2.62 and 14.1 g/L in shake-flask and fed-batch cultivations, respectively.

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